Question

某研究小组在实验室以废铜屑(主要成分是Cu、CuO，含有少量的Fe、Fe₂O₃)为原料制备碱式碳酸铜[Cu₂(OH)₂CO₃]，具体流程如下：

已知：Cu₂(OH)₂CO₃为绿色固体，难溶于冷水和乙醇，水温越高越易分解。

(1)为加快废铜屑在稀硫酸中的溶解速率，可采取的措施为____(任写一种)。

(2)“操作Ⅱ”中铜发生反应的离子方程式为 ___。

(3)“调节pH”操作中加入的试剂为____(填化学式)。

(4)洗涤Cu₂(OH)₂CO₃沉淀的操作为____。

(5)“操作Ⅲ”中温度选择55～60℃的原因是____；该步骤生成Cu₂(OH)₂CO₃的同时产生CO₂，请写出该反应的化学方程式：____。

(6)某同学为测定制得的产品中Cu₂(OH)₂CO₃的质量分数，进行了如下操作：称取m₁g产品，灼烧至固体质量恒重时，得到黑色固体(假设杂质不参与反应)，冷却后，称得该黑色固体质量为m₂g，则样品中Cu₂(OH)₂CO₃的纯度为____(用含m₁、m₂的代数式表示)。

Answer

搅拌（或适当升温等合理答案即可） H2O2+2H+ +Cu=Cu2+ +2H2O CuO或Cu(OH)2或Cu(OH) 2CO3等合理答案即可 加人洗涤剂至浸没沉淀且液面低于滤纸边缘，待液体自然流下后，重复2~3次 温度过低，反应速率太慢，温度过高，Cu2(OH)2CO3易分解 2CuSO4+2Na2CO3+H2O=Cu2(OH)2CO3↓+2Na2SO4+CO2↑ ×100%

【解析】

废铜屑(主要成分是Cu、CuO，含有少量的Fe、Fe2O3)，加入稀硫酸浸取，CuO、Fe、Fe2O3与稀硫酸反应，形式含有Cu2+、Fe2+、Fe3+的溶液，铜单质不与硫酸反应，再加入双氧水将Fe2+氧化为Fe3+，同时铜单质与双氧水在酸性条件下反应生成铜离子，再调节溶液pH值，将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去，过滤后得到主要含有硫酸铜的滤液，将溶液温度控制在55~60℃左右，加入碳酸钠，滤液中产生Cu2(OH)2CO3晶体，再经过过滤、冷水洗涤，干燥，最终得到Cu2(OH)2CO3，以此解题。

(1)为加快废铜屑在稀硫酸中的溶解速率，可进行搅拌、加热、增大硫酸浓度等方法；

(2)“操作Ⅱ”中，铜单质与双氧水在酸性条件下反应生成铜离子，离子方程式为H2O2+2H+ +Cu=Cu2++2H2O；

(3)“调节pH”操作目的是将溶液中的Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去，由于废铜屑使用酸浸溶解，需要加入碱性物质中和多余的酸，在不引入新的杂质的情况下，可向溶液中加入CuO或Cu(OH)2或Cu(OH) 2CO3等合理答案即可；

(4)洗涤Cu2(OH)2CO3沉淀的操作为过滤，合理操作为：加人洗涤剂至浸没沉淀且液面低于滤纸边缘，待液体自然流下后，重复2~3次；

(5) 根据题目已知：Cu2(OH)2CO3为难溶于冷水和乙醇，水温越高越易分解。“操作Ⅲ”中温度选择55～60℃的既可以加快反应速率同时也可防止制得的Cu2(OH)2CO3不被分解，该步骤中向含有硫酸铜的滤液中加入碳酸钠生成Cu2(OH)2CO3的同时产生CO2，该反应的化学方程式：2CuSO4+2Na2CO3+H2O=Cu2(OH)2CO3↓+2Na2SO4+CO2↑  ；

(6) m1g产品，灼烧至固体质量恒重时，得到黑色固体(假设杂质不参与反应)，发生的反应为：Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O ，灼烧至固体质量恒重时剩余固体为氧化铜和杂质，根据反应方程式计算：设样品中Cu2(OH)2CO3的质量为xg。

Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O

222 62

x m1- m2

=，解得：x=，

则样品中Cu2(OH)2CO3的纯度为×100%=×100%。